JP2785041B2 - Fluidized bed plant - Google Patents

Fluidized bed plant

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JP2785041B2
JP2785041B2 JP1163619A JP16361989A JP2785041B2 JP 2785041 B2 JP2785041 B2 JP 2785041B2 JP 1163619 A JP1163619 A JP 1163619A JP 16361989 A JP16361989 A JP 16361989A JP 2785041 B2 JP2785041 B2 JP 2785041B2
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fluidized bed
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fluidized
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    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/24Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique
    • B01J8/44Fluidisation grids
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C10/00Fluidised bed combustion apparatus
    • F23C10/18Details; Accessories
    • F23C10/20Inlets for fluidisation air, e.g. grids; Bottoms
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23LSUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L9/00Passages or apertures for delivering secondary air for completing combustion of fuel 
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2206/00Fluidised bed combustion
    • F23C2206/10Circulating fluidised bed
    • F23C2206/101Entrained or fast fluidised bed

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は流動層反応器、固形物分離器及び再循環管路
からなる、循環流動層内で発熱反応を行うための流動層
プラントであって、流動層反応器の底部から酸素含有一
次ガスを導入する管路、反応器の底部から少なくとも1m
上方でかつ最高で反応器の高さの30%の高さに酸素含有
二次ガスを導入する管路及び第1次ガス入口と第二次ガ
ス入口との間にあって流動層反応器に開口している燃料
管路を有し、最高の高さが流動層反応器の高さの1/2に
等しい少なくとも2つの変位体(Varangungskorper)に
よって流動層反応器の底面の40〜75%が覆われているよ
うにしてなる流動層プラントに関する。
The present invention relates to a fluidized bed plant comprising a fluidized bed reactor, a solids separator and a recirculation line for performing an exothermic reaction in a circulating fluidized bed. A pipeline for introducing oxygen-containing primary gas from the bottom of the fluidized bed reactor, at least 1 m from the bottom of the reactor
A line for introducing the oxygen-containing secondary gas above and at a height of at most 30% of the height of the reactor and between the primary gas inlet and the secondary gas inlet is open to the fluidized bed reactor. 40 to 75% of the bottom of the fluidized bed reactor is covered by at least two displacement bodies (Varangungskorper) having a fuel line with a maximum height equal to half the height of the fluidized bed reactor. To a fluidized bed plant.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

循環流動層を用いた操作の方法と装置は特に炭質材料
を燃焼するために極めて有利であり、いわゆる古典的な
又は従来の流動層を用いて操作される方法及び装置に対
して多くの理由で優れている。
The method and apparatus of operation with a circulating fluidized bed is very advantageous, especially for burning carbonaceous materials, and for many reasons relative to the method and apparatus operated with a so-called classical or conventional fluidized bed. Are better.

特に燃焼工程については基本的な方法が西独公告明細
書第2539546号(対応米国特許第4,165,717号)に記載さ
れている。その方法では燃焼は2段階で行われ、燃焼熱
は流動層反応器内にあって二次ガス入口の上方に配置さ
れた冷却面によって奪われる。この方法の特別な利点
は、上方の反応器空間においてサスペンション密度、従
って冷却面への熱伝達が調節されるので燃焼工程を技術
的に簡単な方法で所要出力に適合させることができるこ
とである。
In particular, a basic method for the combustion process is described in German Patent Specification No. 2539546 (corresponding US Pat. No. 4,165,717). In that method, combustion is performed in two stages, with the heat of combustion being taken away by a cooling surface located in the fluidized bed reactor and above the secondary gas inlet. A particular advantage of this method is that the combustion density can be adjusted in a technically simple manner to the required power, since the suspension density and thus the heat transfer to the cooling surface in the upper reactor space are regulated.

西独公開明細書第2624302号(対応米国特許第4,111,1
58号)による循環流動層を用いた燃焼工程の場合、燃焼
熱の一部又は全体が流動層反応器に続く流動層冷却器に
吸収させ、冷却された固形物は一定温度を維持するため
に流動層反応器に再循環させている。この場合、所要出
力への適合は、流動層冷却器を通った後に再び流動層反
応器へ送られる固形物流の増減によって行われる。
West German Published Specification No. 2624302 (corresponding U.S. Patent No. 4,111,1
No. 58), in the case of a combustion process using a circulating fluidized bed, part or all of the combustion heat is absorbed by a fluidized bed cooler following the fluidized bed reactor, and the cooled solids are maintained at a constant temperature. It is recycled to the fluidized bed reactor. In this case, the adaptation to the required power is effected by increasing or decreasing the solids flow which is sent to the fluidized bed reactor after passing through the fluidized bed cooler.

以上に概説した方法は大いに満足できるものであった
が、プラントユニットに対してますます大きな熱出力が
要求される現在の傾向により工程の操作にある種の困難
が生じている。その困難とは本質的には、熱出力を大き
くする程、反応器の寸法、特に反応器の断面を大きくす
る必要があり、そのために供給部領域の流動層反応器の
全横断面にわたって燃料などと酸素含有二次ガスとの反
応に必要な十分な横方向混合がもはや保証されないとい
うことである。その結果、反応のかなりの部分が上部反
応空間に移行し、場合によっては、固形物とガスとを固
形物分離器で分離した後に後燃焼が起る。前記の状況は
出熱が約300MW以上で流動層反応器の底面が約50cm2以上
のプラントの場合に現われる。
Although the methods outlined above have been quite satisfactory, the current trend of requiring more and more heat output to the plant units creates certain difficulties in the operation of the process. The difficulty is essentially that the greater the heat output, the larger the dimensions of the reactor, especially the cross section of the reactor, so that the fuel, etc., over the entire cross section of the fluidized bed reactor in the feed area The sufficient lateral mixing required for the reaction of the oxygen with the oxygen-containing secondary gas is no longer guaranteed. As a result, a significant portion of the reaction is transferred to the upper reaction space, and in some cases, post-combustion occurs after the solids and gas have been separated by a solids separator. The above situation appears for plants with a heat output of about 300 MW or more and a bottom of the fluidized bed reactor of about 50 cm 2 or more.

従来の提案によればこの問題は、最高の高さが流動層
反応器の高さの1/2に等しい1つ又は複数の変位体によ
って流動層反応器の底面の40〜75%が覆われるようにし
て解決しようとしていた。その際、変位体の幾何学的形
状は実質的には任意なものとすることができる。例えば
流動層反応器の断面の円形の場合、変位体は円筒形又は
円錐台とすることができ、下部円形面の中心は底面の中
心にほぼ一致させている。反応器の断面が長方形の場
合、変位体はダム形状とすることができ、必要に応じて
その両端は反応器の平行壁面に接続し、したがって反応
器の下部空間を2つの独立した部屋に分割する。2つの
互いに実質的に直交するダムを設けることもでき、これ
らのダムが反応器の壁面に接続していると反応器の下部
空間は4つの独立した部屋に分割される。
According to prior proposals, the problem is that 40 to 75% of the bottom of the fluidized bed reactor is covered by one or more displacement bodies whose maximum height is equal to half the height of the fluidized bed reactor. I was trying to solve it. In this case, the geometric shape of the displacement body can be substantially arbitrary. For example, in the case of a circular cross section of the fluidized bed reactor, the displacement body can be a cylinder or a truncated cone, with the center of the lower circular surface approximately coinciding with the center of the bottom surface. If the cross section of the reactor is rectangular, the displacement body can be in the form of a dam, if necessary both ends are connected to the parallel walls of the reactor, thus dividing the lower space of the reactor into two independent rooms I do. It is also possible to provide two substantially orthogonal dams, which, when connected to the reactor wall, divide the lower space of the reactor into four independent rooms.

明らかに前記した構造の流動層プラントの場合、変位
体が反応器の下部空間を独立した部屋に分割すると、操
作上の困難が生じる。即ち、その場合、層材料が一次空
気流によって1つの部屋から連行され、流動層反応器内
に常に起っている内部の固形物循環のために他の部屋へ
到達する。著しい制御費用を使わないで材料の流れを逆
行させ又は補償することは実際的にはできない。という
のは、流動化用空気は「空になった」部屋の通過が促進
され、「充満した」部屋の通過が阻害されるからである
(各部屋の底面に異なる静水圧がかかっている)。
Obviously, in the case of a fluidized-bed plant of the structure described above, operational difficulties arise when the displacement body divides the lower space of the reactor into independent rooms. That is, the bed material is then entrained from one chamber by the primary air flow and reaches the other chamber due to the internal solids circulation that is constantly occurring in the fluidized bed reactor. It is not practical to reverse or compensate for the material flow without significant control costs. Fluidizing air is encouraged to pass through "empty" rooms, impeding passage through "filled" rooms (different hydrostatic pressures on the bottom of each room) .

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

本発明の課題は、流動層反応器、固形物分離器及び際
循環管からなり、循環流動層内で発熱工程を行うための
流動層プラントであって、高い燃焼出力においても高価
な制御費用を必要としないで満足のできる、確実な操作
を保証する流動層プラントを提供することである。
An object of the present invention is a fluidized-bed plant comprising a fluidized-bed reactor, a solids separator, and a circulation pipe for performing an exothermic process in a circulating fluidized bed. It is to provide a fluidized bed plant which guarantees satisfactory and reliable operation without need.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

前記課題は、冒頭に述べた流動層プラントを、流動層
反応器の残りの底面が単一の連続面からなるように構成
することにより解決される。
This problem is solved by configuring the fluidized-bed plant mentioned at the outset such that the remaining bottom surface of the fluidized-bed reactor consists of a single continuous surface.

単一の連続面は、反応器底部の各部分が互いに連結す
るように変位体を構成することによって残される。この
ためには、例えば、変位体と反応器壁面との間にガス透
過性の底面を残すか又は、変位体が壁面から壁面まで延
びている場合には、上部が開放した又はトンネル状とす
ることができる少なくとも1つの貫通路によって各底面
部分間を連絡させるようにすればよい。独立した底面部
分、したがって互いに分離した流動室が形成されるよう
に変位体を形成してはならない。変位体によって残され
た連絡面又は貫通によって生じたベース面では格子の主
面より低い速度で流動化が起こる。
A single continuous surface is left by configuring the displacement body such that the parts of the reactor bottom are connected to each other. For this purpose, for example, a gas-permeable bottom surface is left between the displacement body and the reactor wall surface, or when the displacement body extends from the wall surface to the wall surface, the upper part is open or has a tunnel shape. What is necessary is just to make it connect between each bottom part by at least one penetration path which can be performed. The displacement body must not be formed in such a way that independent bottom parts and thus separate flow chambers are formed. Fluidization occurs at a lower rate than the main surface of the grid on the connecting surface left by the displacement body or on the base surface created by penetration.

変位体の幾何学的形状は実質的には任意に選択するこ
とができる。例えば、流動層反応器断面が円形の場合は
円筒形又は円錐台の形をとることができ、その際、下部
円形面の中心は底面の中心にほぼ一致させる。反応器断
面が長方形の場合、変形体はダム形状をとることができ
る。2つの実質的に互いに直交するダムも可能である。
The geometric shape of the displacement body can be selected substantially arbitrarily. For example, if the fluidized bed reactor has a circular cross section, it may take the shape of a cylinder or a truncated cone, with the center of the lower circular surface approximately coinciding with the center of the bottom surface. If the reactor cross section is rectangular, the deformation can take the form of a dam. Two substantially orthogonal dams are also possible.

正方形又は長方形の断面を有する変位体を設けること
は特に有利である。その場合、正確な幾何学的形状から
ある程度それて、例えば角に丸味をつけることができ
る。
It is particularly advantageous to provide a displacement body having a square or rectangular cross section. In that case, the exact geometric shape can be deviated to some extent, for example, the corners can be rounded.

変位体は炉構造体に通常用いられる耐火材料からつく
ることができる。変位体はまた、冷媒が通り抜ける膜状
壁面又はフィン付壁面からつくられていてもよく、これ
らの壁面は保護のために反応器空間に面した側が突き固
め材料で被覆されている。変位体は反応器に強固に結合
され、反応器と共に1個の構造単位を構成している。
The displacement body can be made from refractory materials commonly used for furnace structures. The displacement body may also be made of membrane-like or finned walls through which the refrigerant passes, which walls are coated with a compacted material on the side facing the reactor space for protection. The displacement body is firmly connected to the reactor and forms one structural unit together with the reactor.

発熱反応を行い得る材料の導入は複数の導入装置から
行われるので、下部反応空間に形成された各セグメント
は別々に材料が供給される。
Since the introduction of the material capable of performing the exothermic reaction is performed from a plurality of introduction devices, the material is separately supplied to each segment formed in the lower reaction space.

本発明の好ましい態様によれば、変位体は燃料導入手
段を有する。この燃料導入手段は必要に応じて複数の高
さに配置することができる。これにより燃料の良好な分
配が確実に行われる。
According to a preferred aspect of the present invention, the displacement body has fuel introduction means. The fuel introduction means can be arranged at a plurality of heights as required. This ensures good distribution of the fuel.

本発明によれば、流動層プラントは、複数の高さに配
置された酸素含有二次ガス導入手段を有し、各高さに複
数の二次ガス導入用入口開口を有する。これにより、流
動層反応器の壁部及び内部にある入口から二次ガスを各
部屋又は部屋領域に供給することが可能となる。これに
より二次ガスの最適混合が保証される。
According to the present invention, the fluidized bed plant has oxygen-containing secondary gas introduction means arranged at a plurality of heights, and has a plurality of secondary gas introduction inlet openings at each height. This makes it possible to supply the secondary gas to each room or room area from the inlet in the wall and inside of the fluidized bed reactor. This ensures an optimal mixing of the secondary gas.

二次ガスを流動層反応器の壁部にある管路から導入す
る場合には、変位体の頂部はこの管路の上方に存在させ
るべきである。二次ガスを複数の上下関係にある複数の
位置から導入する場合には変位体は最低の導入管路の高
さより少なくとも高く延びていなければならない。
If the secondary gas is introduced via a line in the wall of the fluidized bed reactor, the top of the displacement body should be above this line. If the secondary gas is introduced from a plurality of positions in a vertical relationship, the displacement body must extend at least above the height of the lowest introduction line.

本発明の別の好ましい態様によれば、変位体はその断
面積が上方に向って減少するようになっている。このこ
と及びすぐ前に述べた態様との組合わせにより、変位体
を有する反応器領域内の流れの速度は二次ガスの導入に
も拘らず一定範囲以内でのみ変動する。
According to another preferred embodiment of the present invention, the displacement body is configured such that its cross-sectional area decreases upward. Due to this and in combination with the embodiment just described, the flow velocity in the reactor area with the displacement body varies only within a certain range despite the introduction of secondary gas.

流動層プラントで用いられる循環流動層の原理は明確
な境界層のない分布状態が存在する点が特徴であり、高
密度相がその上方にあるガス空間から明瞭な密度段差に
よって分離されている「古典的」流動層とは対照的であ
る。高密度相とその上にあるダスト空間との間に密度段
差がないとはいえ、反応器内で固形物濃度は下方から上
方に向かって減少する。
The principle of a circulating fluidized bed used in a fluidized bed plant is characterized by the existence of a distribution state without a clear boundary layer, in which the high-density phase is separated from the gas space above it by a clear density step. In contrast to "classic" fluidized beds. Although there is no density step between the dense phase and the overlying dust space, the solids concentration decreases from bottom to top in the reactor.

運転条件をフルード数及びアルキメデス数により定義
すると次の範囲が得られる: 及び 0.01Ar100、 ここで である。
Defining operating conditions in terms of Froude number and Archimedes number gives the following ranges: And 0.01A r 100, where It is.

式中、 uは相対速度(m/s) Arはアルキメデス数 Frはフルード数 Pgはガス密度(kg/cm3) Pkは固形粒子の密度(kg/cm3) dkは球形粒子の直径(m) Vは動粘度(m2/s) gは重力定数(m/s2) を意味する。In the formula, u is relative velocity (m / s) Ar is Archimedes number Fr is Froude number P g is gas density (kg / cm 3 ) P k is density of solid particles (kg / cm 3 ) d k is spherical Particle diameter (m) V is kinematic viscosity (m 2 / s) g means gravitational constant (m / s 2 ).

発熱反応はさまざまな高さから導入された酸素含有ガ
スにより二段階で行われる。この反応の利点は「穏か」
な反応にあり、そのために過熱現象が回避され、NOx
成が実質的に抑制されることである。この反応の際に、
上方の酸素含有ガスの導入位置を下方の導入位置から充
分に離れるようにして下方の位置で導入されたガスの酸
素分が既に消費されているようにすべきである。
The exothermic reaction takes place in two stages with oxygen-containing gases introduced from different heights. The advantage of this reaction is "moderate"
The overheating phenomenon is avoided, and NO x generation is substantially suppressed. During this reaction,
The upper oxygen-containing gas introduction position should be sufficiently separated from the lower introduction position so that the oxygen content of the gas introduced at the lower position has already been consumed.

工程の熱として蒸気を望む場合、本発明の好ましい態
様に従えば、流動化用ガス及び二次ガスの量を調節して
二次ガス導入部の上方の平均サスペンション密度を15〜
100kg/cm3とし、反応熱は二次ガス導入部より上方の流
動層反応器の自由空間及び/又は流動層反応器の壁部に
設けた加熱面により吸収される。このような操作方法は
西独公告明細書第2539546号及び対応米国特許第4,165,7
17号に詳細に記載されている。
If steam is desired as the heat of the process, according to a preferred embodiment of the present invention, the average suspension density above the secondary gas inlet is adjusted by adjusting the amount of fluidizing gas and secondary gas to 15 to
At 100 kg / cm 3 , the heat of reaction is absorbed by the free space of the fluidized bed reactor above the secondary gas inlet and / or the heating surface provided on the wall of the fluidized bed reactor. Such a method of operation is described in German Patent Specification No. 2539546 and corresponding U.S. Pat.
No. 17 describes it in detail.

二次ガス導入部より上方の流動層反応器内でのガス速
度は常圧下で一般に5m/s以上であり、最高15m/sまでに
なり得る。流動層反応器の直径と高さの比はガスの滞留
時間が0.5〜8.0秒、好ましくは1〜4秒となるように選
択されるべきである。
The gas velocity in the fluidized bed reactor above the secondary gas inlet is generally greater than 5 m / s under normal pressure and can be up to 15 m / s. The ratio between the diameter and the height of the fluidized bed reactor should be chosen such that the residence time of the gas is between 0.5 and 8.0 seconds, preferably between 1 and 4 seconds.

この操作方法は、二次ガス導入部の上方にある流動層
反応器の炉空間内のサスペンション密度を変えることに
よって極めて簡単に工程熱取得量を変えることができる
点に特に利点がある。
This method of operation has the particular advantage that the process heat gain can be varied very easily by varying the suspension density in the furnace space of the fluidized bed reactor above the secondary gas inlet.

所定の伝熱は、所与の流動化用ガス容積及び二次ガス
容積の下に支配される操作条件及びこの結果得られる所
定の平均サスペンション密度と関係している。流動化用
ガス量及び必要に応じて二次ガス量を増大させてサスペ
ンション密度を増大させることにより冷却面への伝熱を
増大させることができる。伝熱が増大することにより、
実質的に一定の燃焼温度において燃焼出熱の増大の結果
得られる熱量を除去することが可能となる。燃焼出力の
増大に基づく必要な酸素量はサスペンション密度の増大
のために多量に用いた流動化用ガス量及び必要に応じて
二次ガス量によりほぼ自動的に満たされる。
The predetermined heat transfer is related to the operating conditions governed by a given fluidizing gas volume and secondary gas volume and the resulting predetermined average suspension density. Heat transfer to the cooling surface can be increased by increasing the suspension density by increasing the fluidizing gas amount and, if necessary, the secondary gas amount. By increasing the heat transfer,
At a substantially constant combustion temperature, it is possible to remove the amount of heat resulting from the increase in heat output from combustion. The required amount of oxygen based on the increase in combustion output is almost automatically filled by the amount of fluidizing gas used for increasing the suspension density and, if necessary, the amount of secondary gas.

同様に、低い工程所要熱量に適合させるためには、二
次ガス導入部の上方にある流動層反応器の炉空間内のサ
スペンション密度を低下させることにより燃焼出力が調
節される。サスペンション密度を低下させることにより
伝熱も低下するので、流動層反応器から除去される熱量
は減少する。したがって、燃焼出熱は本質的に温度変化
を伴わずに減少する。
Similarly, in order to adapt to low process heat requirements, the combustion power is adjusted by reducing the suspension density in the furnace space of the fluidized bed reactor above the secondary gas inlet. Reducing the suspension density also reduces heat transfer, thereby reducing the amount of heat removed from the fluidized bed reactor. Thus, the heat output from combustion is reduced essentially without a change in temperature.

本発明のより普遍的に利用可能な別の好適態様によれ
ば、流動層プラントは固形物供給管路及び固形物再循環
管路を介して結合した少なくとも1つの流動層冷却器を
備えている。流動層反応器の二次ガス導入部の上方では
流動化用ガス量と二次ガス量を適当に調節することによ
り平均サスペンション密度が10〜40kg/cm3に調節され、
高温固形物が循環流動層から排出され、流動状態で間接
及び直接熱交換により冷却され、冷却された固形物の少
なくとも一部は循環流動層に再循環される。
According to another more universally preferred embodiment of the invention, the fluidized bed plant comprises at least one fluidized bed cooler coupled via a solids supply line and a solids recirculation line. . Above the secondary gas inlet of the fluidized bed reactor the average suspension density by adjusting properly the fluidizing gas amount and the secondary gas amount is adjusted to 10~40kg / cm 3,
The hot solids are discharged from the circulating fluidized bed, cooled by indirect and direct heat exchange in a fluidized state, and at least a portion of the cooled solids is recycled to the circulating fluidized bed.

この態様は西ドイツ公開公報第2624302号及び対応米
国特許第4,111,158号に詳細に開示されている。
This embodiment is disclosed in detail in West German Offenlegungsschrift 26 24 302 and corresponding US Pat. No. 4,111,158.

この場合、温度を一定に保つには、流動層反応器内の
操作条件を実質的に変えることなく、またとりわけサス
ペンション密度を変えることなく、単に高温固形物の排
出量と冷却された固形物の再循環量の調節によって達成
される。出力と選択された反応温度に依存して再循環量
が高く又は低くなる。この温度は着火限界よりわずかに
高い程度の低い温度から反応残渣の軟化によって制限さ
れる極めて高い温度まで任意に調節される。この温度は
約450〜950℃となり得る。
In this case, to keep the temperature constant, it is only necessary to substantially eliminate the hot solids discharge and the cooled solids without substantially changing the operating conditions in the fluidized bed reactor, and in particular without changing the suspension density. Achieved by adjusting the amount of recirculation. Depending on the power output and the reaction temperature selected, the recycle rate is higher or lower. This temperature is arbitrarily adjusted from a low temperature slightly above the ignition limit to a very high temperature limited by the softening of the reaction residue. This temperature can be about 450-950 ° C.

その場合、発熱反応で発生した熱の大部分は固形物側
に連結された流動層冷却器により吸収され、流動層反応
器内に存在して充分に高いサスペンション密度を前提と
する冷却レジスターへの伝熱は余り重要ではないので、
本発明の方法によれば、流動層反応器内の二次ガス導入
部より上方の領域におけるサスペンション密度は低く維
持することができ、したがって流動層全体にわたって圧
力降下が比較的小さいという利益が得られる。他方、熱
は、例えば300〜500Watt/m2という極めて高い伝熱が行
われる条件下で流動層冷却器に吸収される。
In that case, most of the heat generated by the exothermic reaction is absorbed by the fluidized bed cooler connected to the solids side, and the heat is transferred to the cooling register existing in the fluidized bed reactor and assuming a sufficiently high suspension density. Heat transfer is not so important,
According to the method of the present invention, the suspension density in the region above the secondary gas inlet in the fluidized bed reactor can be kept low, and thus the advantage that the pressure drop over the fluidized bed is relatively small is obtained. . On the other hand, heat is absorbed by the fluidized-bed cooler under conditions where very high heat transfer, for example 300-500 Watt / m 2, takes place.

流動層反応器内の温度は、冷却された固形物の少なく
とも部分流を流動層冷却器から再循環させることにより
調節される。例えば、必要とする冷却固形物部分流は流
動層反応器に直接供給される。さらに、排ガスも、例え
ば空気コンベヤー又は流動熱交換器に供給される冷却さ
れた固形物の供給により冷却することができ、この固形
物は後で排ガスから分離されて流動層冷却器に再循環さ
れる。その結果、排ガスの熱も流動層冷却器に入る。冷
却された固形物を、一方の部分流は直接に、また他方の
部分流は排ガスを冷却した後に流動層反応器へ供給する
ことは特に好ましい。
The temperature in the fluidized bed reactor is adjusted by recirculating at least a partial stream of the cooled solids from the fluidized bed cooler. For example, the required cooled solids substream is fed directly to a fluidized bed reactor. Furthermore, the exhaust gas can also be cooled, for example by the supply of cooled solids supplied to an air conveyor or a fluidized heat exchanger, which solids are later separated from the exhaust gas and recycled to the fluidized bed cooler. You. As a result, the heat of the exhaust gas also enters the fluidized-bed cooler. It is particularly preferred to supply the cooled solids to one part stream directly and the other part stream to the fluidized bed reactor after cooling the exhaust gas.

本発明のこの態様においても、常圧における二次ガス
導入部上方のガス滞留時間とガス速度及び流動化用ガス
と二次ガスの供給量は前に記載した態様の同じパラメー
タと一致する。
Also in this aspect of the invention, the gas residence time and gas velocity above the secondary gas inlet at normal pressure and the supply of fluidizing gas and secondary gas are consistent with the same parameters of the previously described aspect.

流動層反応器から出た高温固形物の冷却は互いに連結
された冷却レジスターを収容した連通する多数の冷却室
を有する流動層冷却器内でガス流と向流式に行われる。
これにより、燃焼熱を比較的少量の冷却剤で吸収するこ
とができる。
Cooling of the hot solids leaving the fluidized bed reactor takes place countercurrently with the gas stream in a fluidized bed cooler having a plurality of communicating cooling chambers containing interconnected cooling registers.
This allows the combustion heat to be absorbed by a relatively small amount of coolant.

流動層冷却器を併設した流動層プラントの別の態様に
よれば、流動層冷却器は流動層反応器と構造的に一体に
結合されている。その場合、流動層反応器と流動層冷却
器は、冷却された固形物を流動層反応器へ流入させるた
めの開口を有した、適当に冷却された壁部を共有する。
その場合、前に説明したとおり、流動層冷却器は多数の
冷却室を有することができるが、また流動層冷却器は冷
却面を備えた多数のユニットからなることができる。各
ユニットは流動層反応器と共通の壁部を有し、この壁部
は固形物を通過させる開口と、独立した固形物供給管路
とを有する。このような装置は欧州公開公報第206066号
に開示されている。
According to another aspect of the fluidized bed plant with a fluidized bed cooler, the fluidized bed cooler is structurally integrated with the fluidized bed reactor. In that case, the fluidized bed reactor and the fluidized bed cooler share a suitably cooled wall with an opening for flowing the cooled solids into the fluidized bed reactor.
In that case, as explained above, the fluidized-bed cooler can have multiple cooling chambers, but the fluidized-bed cooler can also consist of multiple units with cooling surfaces. Each unit has a common wall with the fluidized bed reactor, which has an opening for passing solids and an independent solids supply line. Such a device is disclosed in EP-A-206066.

流動層冷却器を有する構成の普遍的有用性は、ほとん
ど任意の熱担体材料を流動層冷却器内で加熱できること
である。蒸気を種々の形態で発生させること及び熱担体
塩を加熱することは技術的見地から特に重要である。
The universal utility of an arrangement with a fluidized bed cooler is that almost any heat carrier material can be heated in the fluidized bed cooler. Generating steam in various forms and heating the heat carrier salt are of particular importance from a technical point of view.

本発明の範囲内において、酸素含有ガスとして空気、
酸素富化空気又は工業的な純酸素が用いられる。最後
に、反応を20バールまでの圧力下で行う場合、出力を増
加させることができる。
Within the scope of the present invention, air as the oxygen-containing gas,
Oxygen-enriched air or industrial pure oxygen is used. Finally, if the reaction is carried out under pressures up to 20 bar, the power can be increased.

本発明の流動層プラントにおいては、自己燃焼性材料
は原理的にすべて利用できる。その例はすべての種類の
石炭、特に、低品位炭、例えば石炭洗浄ごみ、スラッジ
炭、塩高含有炭であるが、褐炭及びオイルシェールも挙
げられる。このプラントは硫化鉱又は精鉱の焙焼に利用
することができる。
In the fluidized bed plant of the present invention, all self-combustible materials can be used in principle. Examples are all types of coal, especially low-grade coal, such as coal-washed garbage, sludge coal, salt-rich coal, but also lignite and oil shale. This plant can be used for roasting sulfide ore or concentrate.

本発明を添付の図面及び実施例について詳細に説明す
る。
The present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and embodiments.

第2図に流動層反応器1が概略示されている。その底
面はプリズム様変位体7で部分的に覆われ,多数の流動
化用格子6が形成されている。変位体7は上部領域に二
次ガス開口11と下部領域に燃料用供給管路3を有する。
FIG. 2 schematically shows a fluidized bed reactor 1. The bottom surface is partially covered with a prism-like displacement body 7 to form a number of fluidizing grids 6. The displacement body 7 has a secondary gas opening 11 in an upper region and a fuel supply line 3 in a lower region.

第1図は流動層反応器における円形断面又は長方形断
面を有する上記変位体7の形状の各種例を示すものであ
る。
FIG. 1 shows various examples of the shape of the displacement body 7 having a circular cross section or a rectangular cross section in a fluidized bed reactor.

第3図の流動層反応器1は膜壁として示されている加
熱面2を有する。下部反応室8はダム様変位体7によっ
て4つの部分(ダムに平行な2つの部分とダムの前後の
各1つの部分)に分けられ、この下部反応室8には管路
5と流動化用格子6から酸素含有流動化用ガスが、管路
3から燃料が、そして管路9から酸素含有二次ガスが供
給される。管路10と二次ガス開口11から追加二次ガス
が、管路3から追加燃料が供給される。ガス−固形物サ
スペンションは管路4から排出される。
The fluidized bed reactor 1 of FIG. 3 has a heating surface 2 shown as a membrane wall. The lower reaction chamber 8 is divided into four parts (two parts parallel to the dam and one part before and after the dam) by the dam-like displacement body 7. The grid 6 supplies the oxygen-containing fluidizing gas, the line 3 supplies the fuel, and the line 9 supplies the oxygen-containing secondary gas. Additional secondary gas is supplied from the pipe 10 and the secondary gas opening 11, and additional fuel is supplied from the pipe 3. The gas-solid suspension is discharged from line 4.

〔実施例〕〔Example〕

石炭を空気と共に燃焼して飽和蒸気を発生させた。 The coal was burned with air to produce saturated steam.

流動層プラントの流動層反応器1は底部が12.5m×10.
1m、高さが30.5mであった。その底面は、流動化用格子
6を有する4つの部分が得られるように、8.5×8.1mの
底面を有する変位体7によって覆った。それぞれ2mの幅
を有する2つの部分は反応器の長い方の壁部に平行に延
び、それぞれ1mの幅を有する2つの部分は変位体7の各
端部と反応器壁部との間に位置するようにした。変位体
7は高さ6.8mのプリズム状形態を有していた。
The fluidized bed reactor 1 of the fluidized bed plant has a bottom of 12.5m × 10.
The height was 1m and the height was 30.5m. The bottom was covered by a displacement body 7 having a 8.5 × 8.1 m bottom so that four parts with a fluidizing grid 6 were obtained. Two parts each having a width of 2 m extend parallel to the longer wall of the reactor, and two parts each having a width of 1 m are located between each end of the displacement body 7 and the reactor wall. I did it. The displacement body 7 had a prism-like shape with a height of 6.8 m.

流動層反応器1の壁面は水冷式膜壁で全体を内張りし
た。変位体7の壁部も水冷式膜壁として形成され、反応
器に面した側は耐火材料で保護した。
The entire wall of the fluidized bed reactor 1 was lined with a water-cooled membrane wall. The wall of the displacement body 7 was also formed as a water-cooled membrane wall, and the side facing the reactor was protected with a refractory material.

流動層反応器1には、発熱量Hu=15.9MJ/kgで平均粒
径0.2mmの石炭合計110.4t/h及びほぼ同じ粒径の石炭石1
0.4t/hを合計6個の管路3から100℃の空気11,040Nm3/h
により供給した。流動化用ガスとして、流動化用格子6
から280,000Nm3/hの量の260℃の空気を供給した。二次
ガス管路9、11から合計206,000Nm3/hの260℃の空気を
さらに供給した。この供給は流動化用格子6の上方2m
(51,500Nm3/h)、4.6m(51,500Nm3/h)及び7.3m(103,
000Nm3/h)の3つのレベルで行った。
The fluidized bed reactor 1 has a total of 110.4 t / h of coal having a calorific value H u of 15.9 MJ / kg and an average particle size of 0.2 mm, and coal stone 1 having a substantially same particle size.
0.4t / h from a total of 6 pipes 3 to 100 ℃ air 11,040Nm 3 / h
Supplied by As fluidizing gas, fluidizing grid 6
From 280,000 Nm 3 / h. A total of 206,000 Nm 3 / h of 260 ° C. air was further supplied from the secondary gas lines 9 and 11. This supply is 2m above the fluidizing grid 6.
(51,500Nm 3 /h),4.6m(51,500Nm 3 / h) and 7.3m (103,
000Nm 3 / h) at three levels.

選択された操作条件下で、流動層反応器1内の温度は
850℃であった。加熱面2及び変位体7の膜壁において
出熱量102MWに相当する140バールの飽和蒸気が得られ
た。
Under the selected operating conditions, the temperature in the fluidized bed reactor 1 is
850 ° C. 140 bar of saturated steam corresponding to a heat output of 102 MW was obtained on the heating surface 2 and on the membrane wall of the displacement body 7.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は流動層反応器における円形断面又は長方形断面
を有する変位体の形状の各種例を示す平面図、第2図は
変位体を有する流動層反応器の下方領域の斜視図、第3
図は流動層反応器の縦断面図である。 なお、図面に用いた符号において、 1……流動層反応器 2……加熱面 3……供給管路 6……流動化用格子 7……変位体 8……反応室 11……二次ガス開口 である。
FIG. 1 is a plan view showing various examples of the shape of a displacement body having a circular cross section or a rectangular cross section in a fluidized bed reactor. FIG. 2 is a perspective view of a lower region of the fluidized bed reactor having a displacement body.
The figure is a longitudinal sectional view of a fluidized bed reactor. In addition, in the code | symbol used for drawing, 1 ... Fluidized bed reactor 2 ... Heating surface 3 ... Supply pipe line 6 ... Fluidization grid 7 ... Displacement body 8 ... Reaction chamber 11 ... Secondary gas An opening.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カーレル・フィドラ ドイツ連邦共和国6350バートノイハイ ム・フランクフルターシュトラーセ51 (56)参考文献 特開 昭61−217616(JP,A) 特開 昭61−217617(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F23C 11/02 313 F23G 5/30 B01J 8/24────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Carrell Fiddler 6350 Bad Neuheim Frankfurter Strasse 51 (56) References JP-A-61-217616 (JP, A) JP-A-61-217617 (JP) , A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) F23C 11/02 313 F23G 5/30 B01J 8/24

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】流動層反応器、固形物分離器及び再循環管
路からなる、循環流動層内で発熱反応を行うための流動
層プラントであって、反応器の上部は、分離器に供給さ
れるガス−固形物サスペンションが流れる連続管路4に
よって分離器に接続され、分離器で分離された固形物は
再循環管路を経て反応器に再循環され、反応器1が下記
(a)〜(e)の構成を含むようにしてなる流動層プラ
ント: (a)反応器1の底面に流動化用格子6を有し、この格
子6を通って酸素含有一次ガスは反応器1に導入され、
格子6の上方には粒状固形物の流動層があり、 (b)反応器1は格子6の上方に、固形物を反応器内の
流動層に導入するための入口を有し、 (c)反応器1は酸素含有二次ガスを流量層に導入する
ための入口開口を有し、この入口開口は複数の高さに配
置され、各高さに複数の二次ガス導入用入口開口が配置
され、最低の高さが格子6から少なくとも1mの上方であ
りかつ最高の高さが格子6の上方で反応器1の高さの30
%を超えない位置であり、 (d)格子6と二次ガス入口開口との間で少なくとも1
つの燃料管路3が流動層に開口し、そして、 (e)反応器1の底面上に少なくとも2つの変位体7が
配置され、変位体7は互いに離れて存在し、変位体間は
格子6であって、格子6は単一の連続面を構成し、反応
器1の底面の40〜75%は変位体7で覆われ、各変位体7
の高さは二次ガス入口開口の最低の高さより高くかつ格
子6の上方で反応器1の高さの1/2を超えないものであ
り、各変位体7は反応器内の流動層に酸素含有二次ガス
を導入するための入口開口11を有する。
1. A fluidized-bed plant for performing an exothermic reaction in a circulating fluidized bed, comprising a fluidized-bed reactor, a solids separator and a recirculation line, wherein the upper part of the reactor is supplied to the separator. The solids separated by the separator are recirculated to the reactor via a recirculation line, and the reactor 1 is subjected to the following (a). (E) a fluidized-bed plant comprising a fluidizing grid 6 on the bottom surface of the reactor 1, through which oxygen-containing primary gas is introduced into the reactor 1;
Above the grid 6, there is a fluidized bed of granular solids, (b) the reactor 1 has an inlet above the grid 6 for introducing solids into the fluidized bed in the reactor, (c) The reactor 1 has an inlet opening for introducing an oxygen-containing secondary gas into the flow bed, the inlet openings are arranged at a plurality of heights, and a plurality of inlet openings for introducing a secondary gas are arranged at each height. The lowest height is at least 1 m above the grid 6 and the highest height is 30
% (D) at least 1% between the grid 6 and the secondary gas inlet opening.
(E) at least two displacement bodies 7 are arranged on the bottom surface of the reactor 1, the displacement bodies 7 are separated from each other, and a grid 6 is provided between the displacement bodies. And the grid 6 constitutes a single continuous surface, and 40 to 75% of the bottom surface of the reactor 1 is covered with the displacement bodies 7, and each of the displacement bodies 7
Is higher than the minimum height of the secondary gas inlet opening and does not exceed 1/2 of the height of the reactor 1 above the grid 6, and each displacement body 7 is connected to a fluidized bed in the reactor. It has an inlet opening 11 for introducing an oxygen-containing secondary gas.
【請求項2】変位体7の断面が正方形又は長方形である
ことを特徴とする請求項1記載の流動層プラント。
2. The fluidized bed plant according to claim 1, wherein the cross section of the displacement body 7 is square or rectangular.
【請求項3】変位体7が必要に応じて複数の高さに配置
された燃料導入手段3を有することを特徴とする請求項
1記載の流動層プラント。
3. The fluidized bed plant according to claim 1, wherein the displacement body has fuel introduction means arranged at a plurality of heights as required.
【請求項4】変位体7の断面積が上方に向って減少する
ことを特徴とする請求項1、2及び3のいずれかに記載
の流動層プラント。
4. The fluidized bed plant according to claim 1, wherein the cross-sectional area of the displacement body 7 decreases upward.
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